Práctica 1: Introducción al entorno de desarrollo y la programación de sistemas
Familiarizarse con el entorno de desarrollo de aplicaciones C en GNU/Linux.
Revisar los fundamentos de C
Familiarizarse con el uso de la función getopt() para el tratamiento de opciones
getopt()
Conocer las funciones esenciales de procesamiento de cadenas de caracteres
Familiarizarse con el manejo básico del shell e introducirse a su programación.
El archivo ficheros_p1.tar.gz contiene una serie de ficheros para la realización de algunos de los ejercicios de esta práctica.
Para poder realizar con éxito la práctica el alumno debe haber leído y comprendido los siguientes documentos facilitados por el profesor:
Transparencias de clase de Introducción al entorno de desarrollo, que nos introduce al entorno GNU/Linux que utilizaremos en el laboratorio, y describe cómo trabajar con proyectos C con Makefile. Además contienen un repaso de los conocimientos de C necesarios para realizar con éxito las prácticas, haciendo especial hincapié en los errores que cometen habitualmente los estudiantes menos experimentados en el lenguaje C.
Manual del laboratorio titulado Entorno de desarrollo C para GNU/Linux, que describe las herramientas que componen el entorno de desarrollo que vamos a utilizar, así como las funciones básicas de la biblioteca estándar de C que los alumnos deben conocer.
Presentación “Introducción a Bash”, que realiza una breve introducción al interprete de órdenes (shell) Bash.
En el directorio ejercicio1 de los ficheros para la práctica ( ficheros_p1.tar.gz) hay una serie de subdirectorios con códigos de pequeños programas de C que pretenden poner de manifiesto algunos de los errores frecuentes que cometen los programadores con poca experiencia con C así como familiarizar al estudiante con las herramientas básicas de compilación que se usan en un entorno Linux.
Para cada directorio se proporciona una serie de tareas y preguntas que deberás responder, para las cuales tendrás que examinar y probar los ejemplos proporcionados. Consulta el manual del entorno para saber como utilizar el compilador. Puedes utilizar VSCode como editor.
--save-temps
min()
#include <stdio.h>
make
clean
.PHONY: clean.
make clean
LIBS = -lm
Compila y ejecuta el código de cada uno de los ejemplos proporcionados y responde a las preguntas proporcionadas para ellos.
printf()
%d
%c
char
"%lu"
"pc"
array1
str1
str2
sizeof()
Compila y ejecuta el código de los ejemplos proporcionados y responde a las preguntas propuestas para cada uno de ellos.
array1.c
"&list"
list
init_array
main()
init_array2
array2.c
¿La copia del array se realiza correctamente? ¿Por qué?
Si no es correcto, escribe un código que sí realice la copia correctamente.
Compila y ejecuta el código de los ejemplos y responde a las cuestiones proporcionadas para cada uno de ellos.
ptr
ptr[1]
*ptr2=15;
ptr[100]
ptr[13]
ptr = &c;
malloc()
ptr =
&c;
Compila y ejecuta el código de cada uno de los ejemplos proporcionados y responde a las cuestiones proporcionadas para cada uno de ellos.
xc
sumC
sum()
sumC()
y
zc
'B'
"Bonjour"
'j'
p=msg2;
p
msg2
'p'
strlen()
El código de copy no funciona. ¿Por qué?
copy
Usa ahora la función copy2() (descomenta la línea correspondiente). ¿Funciona la copia?
copy2()
Propón una implementación correcta de la copia.
¿Qué hace la función mod()? ¿Por qué funciona?
mod()
El programa primes cuyo código fuente se muestra a continuación, ha sido desarrollado para calcular la suma de los n primeros números primos. Lamentablemente, el programador ha cometido algunos errores. Utilizando el depurador de C gdb el alumno debe encontrar y corregir los errores. Compilar directamente en línea de comandos: gcc -g -w -o primes primes.c
gdb
gcc -g -w -o primes primes.c
/** * This program calculates the sum of the first n prime * numbers. Optionally, it allows the user to provide as argument the * value of n, which is 10 by default. */ #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <math.h> /** * This function takes an array of integers and returns the sum of its n elements. */ int sum(int *arr, int n); /** * This function fills an array with the first n prime numbers. */ void compute_primes(int* result, int n); /** * This function returns 1 if the integer provided is a prime, 0 otherwise. */ int is_prime(int x); int main(int argc, char **argv) { int n = 10; // by default the first 10 primes if(argc = 2) { atoi(argv[2]); } int* primes = (int*)malloc(n*sizeof(int)); compute_primes(primes, n); int s = sum(primes, n); printf("The sum of the first %d primes is %d\n", n, s); free(primes); return 0; } int sum(int *arr, int n) { int i; int total; for(i=0; i<n; i++) { total =+ arr[i]; } return total; } void compute_primes(int* result, int n) { int i = 0; int x = 2; while(i < n) { if(is_prime(x)) { result[i] = x; i++; x += 2; } } return; } int is_prime(int x) { if(x % 2 == 0) { return 0; } for(int i=3; i<x; i+=2) { if(x % i == 0) { return 0; } } return 1; }
En este ejercicio, trabajaremos el uso de getopt() una herramienta esencial para el procesado de opciones en línea de comando. El objetivo del ejercicio es completar el código del fichero getopt.c para que sea capaz de procesar las opciones -e y -l tal y como indica el uso del programa, que puede consultarse con la opción -h:
getopt.c
-e
-l
$ make $ ./getopt -h Usage: ./getopt [ options ] title options: -h: display this help message -e: print even numbers instead of odd (default) -l length: length of the sequence to be printed title: name of the sequence to be printed
Una vez completado, el programa deberá imprimir una secuencia de length números (10 por defecto; podemos cambiarlo con la opción -l) impares (por defecto) o pares si se incluye la opción -e. Los argumentos -l length y -e son opcionales, pero el argumento title siempre debe estar presente en la línea de comando.
length
-l length
title
Ejemplos de salidas para diferentes combinaciones de entrada:
$ ./getopt hola Title: hola 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 ./getopt -l 3 hola1 Title: hola1 1 3 5 ./getopt -l 4 -e hola2 Title: hola2 2 4 6 8
Es necesario familiarizarse con la función getopt() consultando la página de manual de getopt(): man 3 getopt
man 3 getopt
int getopt(int argc, char *const argv[], const char *optstring);
argc
argv
optstring
Deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:
La función getopt() se usa en combinación con un bucle, que invoca tantas veces la función como opciones ha pasado el usuario en la línea de comandos. Cada vez que la función se invoca y encuentra una opción, getopt() retorna el caracter correspondiente a dicha opción. Por lo tanto, dentro del bucle suele emplearse la construcción switch-case de C para llevar a cabo el procesamiento de las distintas opciones. Es aconsejable no realizar el procesamiento de nuestro programa dentro del bucle, sino únicamente procesar las opciones y dar valor a variables/flags que serán utilizadas en el resto de nuestro código para decidir el comportamiento que debe tener.
Un aspecto particular de la función getopt() es que establece el valor de distintas variables globales tras invocarse, siendo las más relevantes las siguientes:
char* optarg
optarg
NULL
int optind
Para completar el código, incluye las opciones -l y -e en la llamada a getopt() y completa la estructura switch-case para modificar los valores por defecto de la variable options. Para leer el valor numérico asociado a la opción -l, deberás utilizar la variable global optarg, teniendo en cuenta que esta variable es una cadena de caracteres (tipo char *) y, sin embargo, queremos almacenar la opción como un número entero (tipo int). Consulta el uso de la función strtol() en el manual (man 3 strtol) para saber cómo realizar esa conversión.
options
char *
int
strtol()
man 3 strtol
Asimismo, dado que el argumento title no será procesado por getopt() (pues no está precedido por una marca de opción al estilo -l), deberemos continuar el procesamiento de la cadena de entrada tras el bucle for. Para ello, se usará la variable optind junto con argv para almacenar el valor de la cadena de caracteres que será el título de nuestra secuencia.
for
optind
Completa el código y responde a las siguientes preguntas:
¿Qué cadena de caracteres debes utilizar como tercer argumento de getopt()?
¿Qué línea de código utilizas para leer el argumento title?
Estudiar el código y el funcionamiento del programa show-passwd.c, que lee el contenido del fichero del sistema /etc/passwd e imprime por pantalla (o en otro fichero dado) las distintas entradas de/etc/passwd –una por línea–, así como los distintos campos de cada entrada. El fichero /etc/passwd almacena en formato de texto plano información esencial de los usuarios del sistema, como su identificador numérico de usuario o grupo así como el programa configurado como intérprete de órdenes (shell) predeterminado para cada usuario. Para obtener más información sobre este fichero se ha de consultar su página de manual: man 5 passwd
show-passwd.c
/etc/passwd
man 5 passwd
El modo de uso del programa puede consultarse invocándolo con la opción -h:
$ ./show-passwd -h Usage: ./show-passwd [ -h | -v | -p | -o <output_file> ]
Las opciones -v y -p, permiten configurar el formato en el que el programa imprime la información de /etc/passwd. Las citadas opciones activan respectivamente el modo verbose(por defecto) o pipe. La opción -o, que acepta un argumento obligatorio, permite selecionar un fichero para la salida del programa alternativo a la salida estándar.
-v
-p
verbose
pipe
-o
Uno de los principales objetivos de este ejercicio es que el estudiante se familiarice con tres funciones muy útiles empleadas por el programa show-passwd.c , y cuya página de manual debe consultarse:
int sscanf(const char *s, const char *format, ...);
Variante de scanf() que permite leer con formato a partir de un buffer de caracteres pasado como primer parámetro (s) . La función almacena en variables del programa, pasadas como argumento tras la cadena de formato, el resultado de convertir los distintos “tokens” de s de ASCII a binario.
scanf()
s
char *strsep(char **stringp, const char *delim);
Permite dividir una cadena de caracteres en tokens, proporcionando como segundo parámetro la cadena delimitadora de esos tokens. Como se puede observar en el programa show-passwd.c, esta función se utiliza para extraer los distintos campos almacenados en cada línea del fichero /etc/passwd, que están separados por ":". La función strsep() se usa típicamente en un bucle, que para tan pronto como el token devuelto es NULL. El primer argumento de la función es un puntero por referencia. Antes de comenzar el bucle, *stringp debe apuntar al comienzo de la cadena que deseamos procesar. Cuando strsep() retorna, *stringp apunta al resto de la cadena que queda por procesar.
":"
strsep()
*stringp
Responda a las siguientes preguntas:
Para representar cada una de las entradas del fichero /etc/passwd se emplea el tipo de datos passwd_entry_t (estructura definida en defs.h). Nótese que muchos de los campos almacenan cadenas de caracteres definidas como arrays de caracteres de longitud máxima prefijada, o mediante el tipo de datos char*. La función parse_passwd(), definida en show-passwd.c es la encargada de inicializar los distintos campos de la estructura. ¿Cuál es el propósito de la función clone_string() que se usa para inicializar algunos de los citados campos tipo cadena? ¿Por qué no es posible en algunos casos simplemente copiar la cadena vía strcpy() o realizando una asignación campo=cadena_existente;? Justifique la respuesta.
passwd_entry_t
defs.h
char*
parse_passwd()
clone_string()
strcpy()
campo=cadena_existente;
La función strsep(), utilizada en parse_passwd(), modifica la cadena que se desea dividir en tokens. ¿Qué tipo de modificaciones sufre la cadena (variable line) tras invocaciones sucesivas de strsep()? Pista: Consúltese el valor y las direcciones de las variables del programa usando el depurador.
line
Realice las siguientes modificaciones en el programa show-passwd.c:
Consulte la página de manual de la función strdup de la biblioteca estándar de C. Intenta utilizar esta función como reemplazo de clone_string().
Añada la opción -i <inputfile> para especificar una ruta alternativa para el fichero passwd. Hacer una copia de /etc/passwd en otra ubicación para verificar el correcto funcionamiento de esta nueva opción.
-i <inputfile>
passwd
Implemente una nueva opción -c en el programa, que permita mostrar los campos en cada entrada de passwd como valores separados por comas (CSV) en lugar de por ":".
-c
En este ejercicio vamos a practicar la programación en bash que haga uso de la orden interna read (consulta help read) para procesar ficheros línea a línea:
read [-ers] [-a array] [-d delim] [-i text] [-n nchars] [-N nchars] [-p prompt] [-t timeout] [-u fd] [name ...]
Este comando lee una línea de la entrada estándar, la descompone en palabras, y asigna la primera palabra a la primera variable de la lista de nombres, la segunda a la segunda variable y así sucesivamente.
Si queremos usar un delimitador especial para separar palabras podemos hacerlo asignando valor a la variable IFS antes de usar la operación read. Por ejemplo, para leer palabras separadas por ‘:’ usaríamos la forma:
while IFS=':' read var1 var2 ... ; do # cualquier cosa con $var1, $var2 done
Y si no queremos leer de la entrada estándar, podemos redirigir la entrada de todo el bucle a un fichero:
while IFS=':' read var1 var2 ... ; do # cualquier cosa con $var1, $var2 done < fichero
Utilizar read para crear un pequeño script que haga lo mismo que el programa anterior show-passwd (con sus opciones por defecto), es decir:
show-passwd
Para obtener salida con formato en bash consultar la opción -e de echo (man echo). Alternativamente puede usarse la utilidad printf (man 1 printf).
echo
man
man 1 printf
Una vez hecho esto, modificar el script para que sólo se muestren aquellas entradas del fichero /etc/passwd en las que el home del usuario sea un subdirectorio de /home. Para ello resultará muy útil el uso del comando dirname (man dirname) y el uso de la estructura de control de flujo if junto con el programa test o el programa [.
dirname
man dirname
if
test
Finalmente, intenta obtener una orden bash, combinando los comandos cut y grep, que permita obtener del fichero /etc/passwd todos los homes que empiecen por /home. Consulta las páginas de manual de cut y grep y revisa el uso de pipes (‘|’) para combinar comandos del shell.
cut
grep